一种变质岩承压水隧道的施工方法
阅读：139发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种变质岩承压水隧道的施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及隧道工程施工领域，具体为一种 变质岩 承压 水 隧道的施工方法，解决现有方法易引发地质灾害、开挖轮廓难以控制、初期支护 变形 开裂以及易塌方等问题，包括初步预测围岩级别和 地下水 发育情况、超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况、超前钻孔泄水降压、超前小 导管 注浆固结围岩并堵水、选择洞身开挖方式并确定初期支护形式、施做径向小导管、开挖仰拱并浇筑仰拱 混凝土 、施做二次衬砌等步骤。采取本工法施工后，开挖轮廓得到了有效控制，掉 块 坍塌降低了发生 频率 缩小了规模，初期支护变形开裂得到了有效控制，再未进行过二次换拱，基本避免了隧道塌方；降低了 费用 ，而且有效地提高了施工 质量 和施工安全，从而也创造了良好的社会效益。，下面是一种变质岩承压水隧道的施工方法专利的具体信息内容。
1.一种变质岩承压水隧道的施工方法，其特征是包括以下步骤：
A初步预测围岩级别和地下水发育情况；
B超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况：依据初步预测结论，针对有承压水或富水地段以及地质复杂地段采取水平钻机进行超前钻孔探测，通过岩芯取样准确判定围岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其压力状况，超前探孔(1)采用RPD-150C钻探机Φ110mm钻头进行钻探，每50m钻探一次，每次钻探60m；
C超前钻孔泄水降压：依据超前钻孔探测结果对富水及承压水地段采取超前钻孔泄水降压，超前泄水孔(2)采用XY-2PC钻探机Φ91mm钻头进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m，每次钻孔3～7个；
D超前小导管注浆固结围岩并堵水：在洞身拱部120°～180°范围内沿隧道开挖轮廓线(3)施做超前小导管(4)，注水泥-水玻璃双液浆，水泥-水玻璃双液浆参数：水泥浆液水灰重量比为1∶1，灰浆水玻璃体积比为1∶0.8，水玻璃模数m＝2.4～3.4，浓度Be＝30～40，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于30cm；
E选择洞身开挖方式并确定初期支护形式：经过超前钻孔泄水和小导管超前注浆，变质岩承压水隧道按三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法进行施工，同时进行相应形式的初期支护；
F施做径向小导管：施做径向小导管：在初期支护施做完毕后施做径向小导管(5)；
G开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土：洞身开挖支护完成后，即时进行仰拱E施工，仰拱施工一次开挖和浇筑混凝土长度不得超过6m；
H施做二次衬砌：仰拱施工完毕衬砌前，通过小导管灌注步骤D中所述的水泥-水玻璃双液浆。
2.根据权利要求1所述的一种变质岩承压水隧道的施工方法，其特征是变质岩承压水隧道开挖面采用三台阶微震动控制爆破法开挖，钻爆设计时，沿开挖轮廓线布置的所有周边眼(6)采用导爆索(7)串联，周边眼采用间隔装药形式；上弧导(8)爆破时，根据上弧导断面轮廓形式布置掏槽眼(9)。
技术领域
本发明涉及隧道工程施工领域，具体为一种变质岩承压水隧道的施工方法。
背景技术
变质岩承压水隧道围岩特点是节理裂隙发育，节理面密集、光滑，岩石呈块状或碎块状压碎结构，岩石单体强度高，且夹杂薄层软弱充填物，围岩整体性差，自稳能力弱，多层承压水造成洞身开挖后就出水并逐渐变大或开挖后当时没水过几天出水并逐渐变大。不出水，支护结构稳定安全，一旦出水，裂隙中的填充物就会软化随水流失，使围岩的整体性和稳定性变差，对支护体系压力增大，导致出水部位及其附近支护开裂、钢架变形、折断。
目前，在变质岩承压水地段进行隧道施工，由于对变质岩岩体特征认识不深，对承压水的危害作用估计不足，在施工时没有合理的针对性施工方案，仍按传统施工方案进行施工，容易引发突水、突泥、塌方等地质灾害，开挖轮廓难以控制，超挖严重，掉块坍塌时有发生，易发生初期支护变形开裂，钢架扭曲、折断，初期支护侵入限界，甚至出现塌方。此外在承压水条件下作业难度大，喷射混凝土来不及凝固就被冲散，焊接作业时焊液来不及焊粘就被冷凝，钻爆作业时炮孔来不及堵塞药卷就被冲出，注浆时浆液来不及凝固就被冲走，施工质量难以保证，支护体系受力复杂极易发生变形开裂。防水层不仅铺设焊接难度大，而且极易遭到承压水破坏造成二次衬砌渗漏水。
目前，在变质岩承压水地段进行隧道施工，由于对变质岩岩体特征认识不深，对承压水的危害作用估计不足，在施工时没有合理的针对性施工方案，仍按传统施工方案进行施工，容易引发突水、突泥、塌方等地质灾害，开挖轮廓难以控制，超挖严重，掉块坍塌时有发生，易发生初期支护变形开裂，钢架扭曲、折断，初期支护侵入限界，甚至出现塌方。此外在承压水条件下作业难度大，喷射混凝土来不及凝固就被冲散，焊接作业时焊液来不及焊粘就被冷凝，钻爆作业时炮孔来不及堵塞药卷就被冲出，注浆时浆液来不及凝固就被冲走，施工质量难以保证，支护体系受力复杂极易发生变形开裂。防水层不仅铺设焊接难度大，而且极易遭到承压水破坏造成二次衬砌渗漏水。
发明内容
本发明为了解决现有变质岩承压水隧道采用传统隧道施工方法，存在易引发地质灾害、开挖轮廓难以控制、初期支护变形开裂以及易塌方、施工作业难度大等问题，提供一种变质岩承压水隧道的施工方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种变质岩承压水隧道的施工方法，包括以下步骤：A初步预测围岩级别和地下水发育情况；B超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况：依据初步预测结论，针对有承压水或富水地段以及地质复杂地段采取水平钻机进行超前钻孔探测，通过岩芯取样准确判定围岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其压力状况，超前探孔采用RPD-150C钻探机Φ110mm钻头进行钻探，每50m钻探一次，每次钻探60m；C超前钻孔泄水降压：依据超前钻孔探测结果对富水及承压水地段采取超前钻孔泄水降压，超前泄水孔采用XY-2PC钻探机Φ91mm钻头进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m，每次钻孔3～7个；D超前小导管注浆固结围岩并堵水：在洞身拱部120°～180°范围内沿隧道开挖轮廓线施做超前小导管，注水泥-水玻璃双液浆，水泥-水玻璃双液浆参数∶水泥浆液水灰重量比为1∶1，灰浆水玻璃体积比为1∶0.8，水玻璃模数m＝2.4～3.4，浓度Be＝30～40，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于30cm；E选择洞身开挖方式并确定初期支护形式：经过超前钻孔泄水和小导管超前注浆，变质岩承压水隧道按三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法进行施工，同时施作相应形式的初期支护；E施做径向小导管：在初期支护施做完毕后施做径向小导管；G开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土：洞身开挖支护完成后，即时进行仰拱E施工，仰拱施工一次开挖和浇筑混凝土长度不得超过6m；H施做二次衬砌：仰拱施工完毕衬砌前，通过小导管灌注步骤D中所述的水泥-水玻璃双液浆。所述洞身开挖时所采用的三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法均为本领域普通技术人员所熟知的，在隧道施工领域均有成熟的施工规范，初期支护应严格按设计或规范要求施作。
在施工中，变质岩承压水隧道很难控制开挖轮廓，极易发生掉块、坍塌，本发明所述的变质岩承压水隧道采用三台阶微震动控制爆破法开挖，钻爆设计时，沿开挖轮廓线布置的所有周边眼采用导爆索串联，周边眼采用间隔装药形式(即一个炮眼装药，与其相邻的两个炮眼只放导爆索)；上弧导爆破时，根据上弧导断面轮廓形式布置掏槽眼。采用本发明的钻爆设计，与传统的钻爆设计(所有周边眼均装药，上弧导掏槽眼采用长方形布置，而未按上弧导断面轮廓形式布置)相比，传统爆破一立方米断面，需要1.2-2.4Kg炸药，而本发明仅需要0.6Kg，大大减少了炸药的用量，而且可以有效降低爆破波对围岩的扰动，有效控制超欠挖，减少掉块、坍塌。本发明采用短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破开挖，在实际施工中依据围岩节理产状，软弱程度及时调整隧道爆破参数，取得了最佳爆破效果。
本发明在变质岩承压水隧道施工时，仔细分析设计提供的地质资料，结合超前地质预报资料，初步判定掌子面前方围岩级别和地下水发育情况，为超前钻孔探测提供指导意见；依据初步判定结果，有针对性采用超前钻孔，进行准确预报；超前钻孔探测后，依据水量大小，超前钻进泄水孔，使前方承压水提前得到释放，降低水压，为后面施工降低难度；洞身开挖前使用小导管超前注浆加固围岩，形成注浆固结圈，提高围岩自稳能力，将拱顶大部分地下水堵到开挖轮廓线以外，为施工作业提供便利条件；采取短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破开挖，降低爆破冲击波对围岩的扰动，改善开挖效果，减少掉块、坍塌；初期支护施做完毕后，施做径向小导管，前期用做泄水孔泄水，减缓承压水对初期支护的破坏作用，一旦初期支护变形开裂或即将衬砌前，则通过径向小导管进行径向注浆加固围岩并再次堵水。
总之，本发明针对承压水的特点采取“探—泄—堵—排—堵”系列措施，有效控制了承压水的危害及破坏作用，改善了施工条件，确保了施工质量和施工安全，提高了施工进度；同时本方法针对变质岩的岩性特点采取小导管超前注浆和小导管径向注浆加固围岩，有效地改善了岩体结构，提高了围岩自稳能力；采取短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破，有效地降低了爆破冲击波对围岩的扰动，改善了开挖效果，减少了掉块、坍塌。采取本工法施工后，开挖轮廓得到了有效控制，掉块坍塌降低了发生频率缩小了规模，初期支护变形开裂得到了有效控制，再未进行过二次换拱，基本避免了隧道塌方。采取本工法后平均每延米减少超挖4m3，减少超挖喷射混凝土4m3，减少费用约3500元；每延米平均减少处理掉块坍塌和初期支护变形开裂及塌方费用约3000元；每延米平均增加费用约5000；合计每延米平均减少费用约1500元，采取本工法不仅降低了费用，而且有效地提高了施工质量和施工安全，从而也创造了良好的社会效益，适用于所有变质岩承压水隧道施工。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程方框图；
图2为本发明所述的变质岩承压水隧道三台阶法施工工序图；
图3为本发明超前探孔及超前泄水孔布置示意图；
图4为本发明监控量测测点布置图；
图5为本发明变质岩承压水隧道开挖面的钻爆设计图
图6为图5中的周边眼装药结构示意图；
图中：1-超前探孔；2-超前泄水孔；3-隧道开挖轮廓线；4-超前小导管；5-径向小导管；6-周边眼；7-导爆索；8-上弧导；9-掏槽眼；10-中导A；11-中导B；12-下导C；13-下导D；14-仰拱E；15-半卷乳化炸药；16-炮泥；17-非电毫秒雷管。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种变质岩承压水隧道的施工方法，包括以下步骤：A初步预测围岩级别和地下水发育情况；B超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况：依据初步预测结论，针对有承压水或富水地段以及地质复杂地段采取水平钻机进行超前钻孔探测，通过岩芯取样准确判定围岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其压力状况，超前探孔采用RPD-150C钻探机Φ110mm钻头进行钻探，每50m钻探一次，每次钻探60m；C超前钻孔泄水降压：依据超前钻孔探测结果对富水及承压水地段采取超前钻孔泄水降压，超前泄水孔采用XY-2PC钻探机Φ91mm钻头进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m，每次钻孔3～7个；D超前小导管注浆固结围岩并堵水：在洞身拱部120°～180°范围内沿隧道开挖轮廓线施做超前小导管，注水泥-水玻璃双液浆，水泥-水玻璃双液浆参数∶水泥浆液水灰重量比为1∶1，灰浆水玻璃体积比为1∶0.8，水玻璃模数m＝2.4～3.4，浓度Be＝30～40，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于30cm；E选择洞身开挖方式并确定初期支护形式：经过超前钻孔泄水和小导管超前注浆，变质岩承压水隧道按三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法进行施工，同时施作相应形式的初期支护；E施做径向小导管：在初期支护施做完毕后施做径向小导管；G开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土：洞身开挖支护完成后，即时进行仰拱E施工，仰拱施工一次开挖和浇筑混凝土长度不得超过6m；H施做二次衬砌：仰拱施工完毕衬砌前，通过小导管灌注步骤D中所述的水泥-水玻璃双液浆。所述洞身开挖时所采用的三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法均为本领域普通技术人员所熟知的，在隧道施工领域均有成熟的施工规范，初期支护应严格按设计或规范要求施作。
在施工中，变质岩承压水隧道很难控制开挖轮廓，极易发生掉块、坍塌，本发明所述的变质岩承压水隧道采用三台阶微震动控制爆破法开挖，钻爆设计时，沿开挖轮廓线布置的所有周边眼采用导爆索串联，周边眼采用间隔装药形式(即一个炮眼装药，与其相邻的两个炮眼只放导爆索)；上弧导爆破时，根据上弧导断面轮廓形式布置掏槽眼。采用本发明的钻爆设计，与传统的钻爆设计(所有周边眼均装药，上弧导掏槽眼采用长方形布置，而未按上弧导断面轮廓形式布置)相比，传统爆破一立方米断面，需要1.2-2.4Kg炸药，而本发明仅需要0.6Kg，大大减少了炸药的用量，而且可以有效降低爆破波对围岩的扰动，有效控制超欠挖，减少掉块、坍塌。本发明采用短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破开挖，在实际施工中依据围岩节理产状，软弱程度及时调整隧道爆破参数，取得了最佳爆破效果。
本发明在变质岩承压水隧道施工时，仔细分析设计提供的地质资料，结合超前地质预报资料，初步判定掌子面前方围岩级别和地下水发育情况，为超前钻孔探测提供指导意见；依据初步判定结果，有针对性采用超前钻孔，进行准确预报；超前钻孔探测后，依据水量大小，超前钻进泄水孔，使前方承压水提前得到释放，降低水压，为后面施工降低难度；洞身开挖前使用小导管超前注浆加固围岩，形成注浆固结圈，提高围岩自稳能力，将拱顶大部分地下水堵到开挖轮廓线以外，为施工作业提供便利条件；采取短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破开挖，降低爆破冲击波对围岩的扰动，改善开挖效果，减少掉块、坍塌；初期支护施做完毕后，施做径向小导管，前期用做泄水孔泄水，减缓承压水对初期支护的破坏作用，一旦初期支护变形开裂或即将衬砌前，则通过径向小导管进行径向注浆加固围岩并再次堵水。
总之，本发明针对承压水的特点采取“探—泄—堵—排—堵”系列措施，有效控制了承压水的危害及破坏作用，改善了施工条件，确保了施工质量和施工安全，提高了施工进度；同时本方法针对变质岩的岩性特点采取小导管超前注浆和小导管径向注浆加固围岩，有效地改善了岩体结构，提高了围岩自稳能力；采取短进尺、多钻眼、少装药的微震动控制爆破，有效地降低了爆破冲击波对围岩的扰动，改善了开挖效果，减少了掉块、坍塌。采取本工法施工后，开挖轮廓得到了有效控制，掉块坍塌降低了发生频率缩小了规模，初期支护变形开裂得到了有效控制，再未进行过二次换拱，基本避免了隧道塌方。采取本工法后平均每延米减少超挖4m3，减少超挖喷射混凝土4m3，减少费用约3500元；每延米平均减少处理掉块坍塌和初期支护变形开裂及塌方费用约3000元；每延米平均增加费用约5000；合计每延米平均减少费用约1500元，采取本工法不仅降低了费用，而且有效地提高了施工质量和施工安全，从而也创造了良好的社会效益，适用于所有变质岩承压水隧道施工。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程方框图；
图2为本发明所述的变质岩承压水隧道三台阶法施工工序图；
图3为本发明超前探孔及超前泄水孔布置示意图；
图4为本发明监控量测测点布置图；
图5为本发明变质岩承压水隧道开挖面的钻爆设计图
图6为图5中的周边眼装药结构示意图；
图中：1-超前探孔；2-超前泄水孔；3-隧道开挖轮廓线；4-超前小导管；5-径向小导管；6-周边眼；7-导爆索；8-上弧导；9-掏槽眼；10-中导A；11-中导B；12-下导C；13-下导D；14-仰拱E；15-半卷乳化炸药；16-炮泥；17-非电毫秒雷管。
具体实施方式
一种变质岩承压水隧道的施工方法，如图1所示，包括以下步骤：
A初步预测围岩级别和地下水发育情况：大的或特殊地质构造以及基本地质情况一般都会在设计提供的地质资料上标明，通过TSP203地质预报系统对隧道地质分段及时预测，可以相对准确地预测到即将施工段落地质结构及地下水发育情况。通过仔细分析设计地质资料和TSP系统预报资料得出初步结论，并为下一步是否实施或在哪一段采取超前探孔预测提供指导意见。由于变质岩承压水隧道节理密集、围岩破碎富含裂隙水，TSP系统预测范围有限，为了提高预报准确性，要求每80m预测一次；
B超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况：依据初步预测结论，针对有承压水或富水地段以及地质复杂地段采取水平钻机进行超前钻孔探测，通过岩芯取样准确判定围岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其压力状况，从而为隧道采取何种施工方法、何种支护形式和支护参数以及是否采取超前钻孔泄水作出准确判定，超前探孔1采用RPD-150C钻探机Φ110mm钻头进行钻探，每50m钻探一次，每次钻探60m，所述RPD-150C钻探机为现有公知设备；
C超前钻孔泄水降压：依据超前钻孔探测结果对富水及承压水地段采取超前钻孔泄水降压，也可进一步探明地质情况为施工提供指导依据，超前泄水孔2采用XY-2PC钻探机Φ91mm钻头进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m，每次钻孔3～7个，超前探孔及超前泄水孔布置位置布置见图3，依据泄水孔出水量和水压决定泄水孔个数，起初可先钻3个孔，如果出水量大的话，再接着钻4个孔，所述XY-2PC钻探机为现有公知设备；
D超前小导管注浆固结围岩并堵水：在洞身拱部120～180范围内沿隧道开挖轮廓线3施做超前小导管4，注水泥-水玻璃双液浆，一方面固结围岩提高围岩自稳能力，另为形成注浆固结圈可将拱部大部分地下水堵到开挖轮廓线以外，为下步施工作业提供便利条件。超前注浆小导管采用Φ42*4无缝钢管加工成锥形花管，长度不小于250cm，环向间距30cm，环与环水平搭接不小于100cm。水泥-水玻璃双液浆参数∶水泥浆液水灰重量比为1∶1，灰浆水玻璃体积比为1∶0.8，水玻璃模数m＝2.4～3.4，浓度Be＝30～40，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于30cm；上述浆液配比及注浆参数是申请人经过长期工程实践及经验总结所得来的，保证了注浆效果，围岩固结及堵水效果很好；
E选择洞身开挖方式并确定初期支护形式：经过超前钻孔泄水和小导管超前注浆，变质岩承压水隧道按三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法进行施工，同时进行相应形式的初期支护；初期支护采用I18以上型钢钢架，间距80～100cm；系统锚杆采用长度不小于中空注浆锚杆，80×80cm梅花形布置；连接筋环向间距100cm，沿钢架内外两侧交错布置；钢筋网采用钢筋加工，网格15×15cm；采用C25喷射混凝土，厚度不小于20cm。初期支护参数也可按设计标准施做，但不得低于上述指标。开挖和支护要严格按照规范要求进行施做，确保施工质量。
上述三台阶法施工工序如下，如图2所示：
a、当小导管超前预注浆强度达到后，按“短进尺、强支护”的施工原则，开挖上弧导8，并施做初期支护I部，循环进尺80～100cm；
b、上弧导超前3～5m开始中导施工，交错开挖中导A和中导B，并施做中导初期支护II部和III部，左右两部先后交错不得小于2m，每次施工长度不得超过两榀拱架(160～200cm)；
c、中导超前3～5m开始下导施工，交错开挖下导C和下导D，并施做中导初期支护IV部和V部，左右两部先后交错不得小于2m，每次施工长度不得超过两榀拱架(160～200cm)；
F施做径向小导管：为了防止初期支护将出水通道封住，使水压增大，造成初期支护变形开裂，在初期支护施做完毕后施做径向小导管5；径向小导管采用Φ42*4无缝钢管加工成锥形花管，长度不小于250cm，2.5×2.5m梅花形布置。径向小导管前期作为泄水孔泄水，初期支护一旦开裂或即将衬砌，则通过小导管注水泥-水玻璃双液浆，进一步加固围岩并堵水，浆液配合比及注浆压力按超前小导管预注浆执行；
G开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土：洞身开挖支护完成后，即时进行仰拱E(14)施工，仰拱施工一次开挖和浇筑混凝土VI长度不得超过6m，仰拱初期支护、仰拱和仰拱填充混凝土要分层整幅浇筑，仰拱各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求；
H施做二次衬砌VII：仰拱施工完毕衬砌前，通过小导管灌注步骤D中所述的水泥-水玻璃双液浆，进一步加固围岩并堵水。铺防水板前对渗水量大的部位采取铺挂PE排水板和排水盲管进行集中引排。防水板采用厚度不小于1.5mm的PVC复合防水板，严格控制防水板施工工艺，严防钢筋等尖锐物件刺破防水板，确保防水板施工质量，严防二次衬砌渗漏水。二次衬砌混凝土采用全断面液压衬砌台车整体浇筑。衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求；
I爆破开挖：变质岩承压水隧道开挖面采用三台阶微震动控制爆破法(即按照上弧导、中导、下导三个台阶)开挖，钻爆设计时，沿开挖轮廓线布置的所有周边眼6采用导爆索7串联，周边眼采用间隔装药形式，如图5所示，标有13的周边眼装药，不标数字的周边眼只放导爆索，周边眼按照图6所示进行装药，按照上述钻爆设计图的装药表如下表1所示；上弧导8爆破时，根据上弧导断面轮廓形式布置掏槽眼9，如图5所示，标有数字3、5、7的炮眼为掏槽眼，由图可知，其布置形式以上弧导中心的空眼为中心、向其两侧分散对称布置，并且由内向外以3个掏槽眼、2两个掏槽眼和1个掏槽眼的排列形式布置，形成与上弧导断面轮廓相吻合的形状，采用此种钻爆设计，既可降低用药量，降低爆破波对围岩的扰动，又能取得最佳爆破效果。
表1
在上述工艺过程中，监控测量工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析、反馈，调整支护参数，以保证施工和结构安全，具体做法如下：
在变质岩承压水隧道施工时每隔10m布一组量测断面，每个断面布置一个拱顶下沉量测点和两条水平净空收敛量测基线。测点布置如图4所示，其中a为拱顶下沉量测点，b、c分别为两条水平净空收敛量测基线。
净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率，量测频率见表2，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。水平收敛量测采用激光断面仪进行量测，开挖后按要求迅速安装测点并编号，在开挖后12h内读取初读数。拱顶下沉量测采用激光断面仪和精密水准仪、收敛计、铟瓦尺进行量测，喷射混凝土后迅速在拱顶设点。
表2
为了进一步证明该施工方法的有益效果，申请人列举以下工程实例加以证明：
张集铁路旧堡隧道位于阴山东西复杂构造带南部，中朝准地台燕山沉降带与内蒙古地轴分界处。在地质历史上经历了前震旦纪、中生代及新生代三期较明显的构造运动，多期构造运动的叠加造成地质构造极其复杂。洞身范围均为太古界变质岩，以麻粒岩和浅粒岩为主，局部侵入花岗伟晶岩及辉绿岩岩脉。因原岩成分的差异及遭受多期构造运动的影响，致使构造节理裂隙发育程度不同，加之多期岩脉的侵入和断裂的切割阻隔作用，形成了部分地段和层位含水及隔水构造，从而形成了承压含水层。隧道围岩特点是节理裂隙发育，节理面密集、光滑，岩石呈块状或碎块状压碎结构，岩石单体强度高，且夹杂薄层软弱充填物，围岩整体性差，自稳能力弱，多层承压水造成洞身开挖后就出水并逐渐变大或开挖后当时没水过几天出水并逐渐变大。
上述张集铁路旧堡隧道为变质岩承压水隧道，在施工过程中采用传统施工方法，存在本发明背景技术中所记载的问题。而采用本发明所述的方法后，开挖轮廓得到了有效控制，掉块坍塌降低了发生频率缩小了规模，初期支护变形开裂得到了有效控制，再未进行过二次换拱，基本避免了隧道塌方。张集铁路旧堡隧道按本工法组织施工的变质岩承压水隧道累计长度为5385m，累计减少费用约807万元。
A初步预测围岩级别和地下水发育情况：大的或特殊地质构造以及基本地质情况一般都会在设计提供的地质资料上标明，通过TSP203地质预报系统对隧道地质分段及时预测，可以相对准确地预测到即将施工段落地质结构及地下水发育情况。通过仔细分析设计地质资料和TSP系统预报资料得出初步结论，并为下一步是否实施或在哪一段采取超前探孔预测提供指导意见。由于变质岩承压水隧道节理密集、围岩破碎富含裂隙水，TSP系统预测范围有限，为了提高预报准确性，要求每80m预测一次；
B超前探孔准确预报地质情况和地下水发育情况：依据初步预测结论，针对有承压水或富水地段以及地质复杂地段采取水平钻机进行超前钻孔探测，通过岩芯取样准确判定围岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其压力状况，从而为隧道采取何种施工方法、何种支护形式和支护参数以及是否采取超前钻孔泄水作出准确判定，超前探孔1采用RPD-150C钻探机Φ110mm钻头进行钻探，每50m钻探一次，每次钻探60m，所述RPD-150C钻探机为现有公知设备；
C超前钻孔泄水降压：依据超前钻孔探测结果对富水及承压水地段采取超前钻孔泄水降压，也可进一步探明地质情况为施工提供指导依据，超前泄水孔2采用XY-2PC钻探机Φ91mm钻头进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m，每次钻孔3～7个，超前探孔及超前泄水孔布置位置布置见图3，依据泄水孔出水量和水压决定泄水孔个数，起初可先钻3个孔，如果出水量大的话，再接着钻4个孔，所述XY-2PC钻探机为现有公知设备；
D超前小导管注浆固结围岩并堵水：在洞身拱部120～180范围内沿隧道开挖轮廓线3施做超前小导管4，注水泥-水玻璃双液浆，一方面固结围岩提高围岩自稳能力，另为形成注浆固结圈可将拱部大部分地下水堵到开挖轮廓线以外，为下步施工作业提供便利条件。超前注浆小导管采用Φ42*4无缝钢管加工成锥形花管，长度不小于250cm，环向间距30cm，环与环水平搭接不小于100cm。水泥-水玻璃双液浆参数∶水泥浆液水灰重量比为1∶1，灰浆水玻璃体积比为1∶0.8，水玻璃模数m＝2.4～3.4，浓度Be＝30～40，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，浆液扩散半径不小于30cm；上述浆液配比及注浆参数是申请人经过长期工程实践及经验总结所得来的，保证了注浆效果，围岩固结及堵水效果很好；
E选择洞身开挖方式并确定初期支护形式：经过超前钻孔泄水和小导管超前注浆，变质岩承压水隧道按三台阶法或上弧导预留核心土三台阶法进行施工，同时进行相应形式的初期支护；初期支护采用I18以上型钢钢架，间距80～100cm；系统锚杆采用长度不小于中空注浆锚杆，80×80cm梅花形布置；连接筋环向间距100cm，沿钢架内外两侧交错布置；钢筋网采用钢筋加工，网格15×15cm；采用C25喷射混凝土，厚度不小于20cm。初期支护参数也可按设计标准施做，但不得低于上述指标。开挖和支护要严格按照规范要求进行施做，确保施工质量。
上述三台阶法施工工序如下，如图2所示：
a、当小导管超前预注浆强度达到后，按“短进尺、强支护”的施工原则，开挖上弧导8，并施做初期支护I部，循环进尺80～100cm；
b、上弧导超前3～5m开始中导施工，交错开挖中导A和中导B，并施做中导初期支护II部和III部，左右两部先后交错不得小于2m，每次施工长度不得超过两榀拱架(160～200cm)；
c、中导超前3～5m开始下导施工，交错开挖下导C和下导D，并施做中导初期支护IV部和V部，左右两部先后交错不得小于2m，每次施工长度不得超过两榀拱架(160～200cm)；
F施做径向小导管：为了防止初期支护将出水通道封住，使水压增大，造成初期支护变形开裂，在初期支护施做完毕后施做径向小导管5；径向小导管采用Φ42*4无缝钢管加工成锥形花管，长度不小于250cm，2.5×2.5m梅花形布置。径向小导管前期作为泄水孔泄水，初期支护一旦开裂或即将衬砌，则通过小导管注水泥-水玻璃双液浆，进一步加固围岩并堵水，浆液配合比及注浆压力按超前小导管预注浆执行；
G开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土：洞身开挖支护完成后，即时进行仰拱E(14)施工，仰拱施工一次开挖和浇筑混凝土VI长度不得超过6m，仰拱初期支护、仰拱和仰拱填充混凝土要分层整幅浇筑，仰拱各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求；
H施做二次衬砌VII：仰拱施工完毕衬砌前，通过小导管灌注步骤D中所述的水泥-水玻璃双液浆，进一步加固围岩并堵水。铺防水板前对渗水量大的部位采取铺挂PE排水板和排水盲管进行集中引排。防水板采用厚度不小于1.5mm的PVC复合防水板，严格控制防水板施工工艺，严防钢筋等尖锐物件刺破防水板，确保防水板施工质量，严防二次衬砌渗漏水。二次衬砌混凝土采用全断面液压衬砌台车整体浇筑。衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求；
I爆破开挖：变质岩承压水隧道开挖面采用三台阶微震动控制爆破法(即按照上弧导、中导、下导三个台阶)开挖，钻爆设计时，沿开挖轮廓线布置的所有周边眼6采用导爆索7串联，周边眼采用间隔装药形式，如图5所示，标有13的周边眼装药，不标数字的周边眼只放导爆索，周边眼按照图6所示进行装药，按照上述钻爆设计图的装药表如下表1所示；上弧导8爆破时，根据上弧导断面轮廓形式布置掏槽眼9，如图5所示，标有数字3、5、7的炮眼为掏槽眼，由图可知，其布置形式以上弧导中心的空眼为中心、向其两侧分散对称布置，并且由内向外以3个掏槽眼、2两个掏槽眼和1个掏槽眼的排列形式布置，形成与上弧导断面轮廓相吻合的形状，采用此种钻爆设计，既可降低用药量，降低爆破波对围岩的扰动，又能取得最佳爆破效果。
表1
在上述工艺过程中，监控测量工作必须紧跟开挖、支护作业进行布点和监测，量测数据运用工程类比法及时分析、反馈，调整支护参数，以保证施工和结构安全，具体做法如下：
在变质岩承压水隧道施工时每隔10m布一组量测断面，每个断面布置一个拱顶下沉量测点和两条水平净空收敛量测基线。测点布置如图4所示，其中a为拱顶下沉量测点，b、c分别为两条水平净空收敛量测基线。
净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率，量测频率见表2，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。水平收敛量测采用激光断面仪进行量测，开挖后按要求迅速安装测点并编号，在开挖后12h内读取初读数。拱顶下沉量测采用激光断面仪和精密水准仪、收敛计、铟瓦尺进行量测，喷射混凝土后迅速在拱顶设点。
表2
为了进一步证明该施工方法的有益效果，申请人列举以下工程实例加以证明：
张集铁路旧堡隧道位于阴山东西复杂构造带南部，中朝准地台燕山沉降带与内蒙古地轴分界处。在地质历史上经历了前震旦纪、中生代及新生代三期较明显的构造运动，多期构造运动的叠加造成地质构造极其复杂。洞身范围均为太古界变质岩，以麻粒岩和浅粒岩为主，局部侵入花岗伟晶岩及辉绿岩岩脉。因原岩成分的差异及遭受多期构造运动的影响，致使构造节理裂隙发育程度不同，加之多期岩脉的侵入和断裂的切割阻隔作用，形成了部分地段和层位含水及隔水构造，从而形成了承压含水层。隧道围岩特点是节理裂隙发育，节理面密集、光滑，岩石呈块状或碎块状压碎结构，岩石单体强度高，且夹杂薄层软弱充填物，围岩整体性差，自稳能力弱，多层承压水造成洞身开挖后就出水并逐渐变大或开挖后当时没水过几天出水并逐渐变大。
上述张集铁路旧堡隧道为变质岩承压水隧道，在施工过程中采用传统施工方法，存在本发明背景技术中所记载的问题。而采用本发明所述的方法后，开挖轮廓得到了有效控制，掉块坍塌降低了发生频率缩小了规模，初期支护变形开裂得到了有效控制，再未进行过二次换拱，基本避免了隧道塌方。张集铁路旧堡隧道按本工法组织施工的变质岩承压水隧道累计长度为5385m，累计减少费用约807万元。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种变质岩承压水隧道的施工方法 | 2020-05-12 | 139 |
| 一种环保育苗肥 | 2020-05-26 | 817 |
| 一种防腐抗老化渔网 | 2020-05-19 | 85 |
| 一种变质岩承压水隧道的施工方法 | 2020-05-12 | 79 |
| 一种变质岩潜山高凝油油藏火驱采油点火方法 | 2020-05-13 | 625 |
| 一种利用磷渣生产的岩棉及其制备方法 | 2020-05-20 | 91 |
| 一种利用磷渣生产的岩棉及其制备方法 | 2020-05-21 | 828 |
| 一种地质知识参与的ETM遥感羟基蚀变矿物提取改进方法 | 2020-05-21 | 831 |
| 一种火驱变质岩潜山高凝油油藏利用水平井采油的工艺技术 | 2020-05-14 | 169 |
| 具有变质岩活化介质的车辆燃油节省装置 | 2020-05-16 | 951 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈